Regressionsmodelle beschreiben quantitative Beziehungen zwischen Eingangs- und Ausgangsgrößen, etwa Zusammensetzung, Prozessparametern und resultierenden Werkstoffeigenschaften. Neben linearen Modellen werden in den Materialwissenschaften polynomielle, regularisierte und nichtlineare (z.B. Gaußprozesse) Regressionsverfahren genutzt, um Eigenschaftslandschaften zu approximieren, Unsicherheiten zu quantifizieren und inverse Probleme im Werkstoffdesign zu lösen.